DE102018217526A1 - Method for determining a parameter of a machining process and machine tool - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, P, R) für die Prozessqualität bei einem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei einem Laserschneidprozess, umfassend: Insbesondere schneidendes Bearbeiten eines Werkstücks (8) unter Bewegen eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfs, und des Werkstücks (8) relativ zueinander, Überwachen eines Bereichs (26) an dem Werkstück (8), der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Laserbearbeitungskopfs, mit dem Werkstück (8) umfasst, sowieErmitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, P, R) für die Prozessqualität anhand des überwachten Bereichs (26). Das Verfahren ist gekennzeichnet durch Ermitteln mindestens einer positionsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße (a) an derselben Bearbeitungsposition (B) und/oder mindestens einer richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße (a) in derselben Bearbeitungsrichtung (B), insbesondere in derselben Bearbeitungsrichtung (B) an ein- und derselben Bearbeitungsposition (B). Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Bearbeitungsmaschine (1).The invention relates to a method for determining at least one parameter (α, γ, P, R) for the process quality in a machining process, in particular in a laser cutting process, comprising: in particular cutting machining of a workpiece (8) while moving a machining tool, in particular a laser machining head, and the workpiece (8) relative to one another, monitoring an area (26) on the workpiece (8), which preferably comprises an interaction area of the processing tool, in particular the laser processing head, with the workpiece (8), and determining at least one parameter (α, γ, P, R) for the process quality based on the monitored area (26). The method is characterized by determining at least one position-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter (a) at the same processing position (B) and / or at least one direction-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter (a) in the same machining direction (B), in particular in the same machining direction (B) at one and the same machining position (B). The invention also relates to an associated processing machine (1).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße für die Prozessqualität bei einem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei einem Laserschneidprozess, umfassend: Insbesondere schneidendes Bearbeiten eines Werkstücks unter Bewegen eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfs, und des Werkstücks relativ zueinander, Überwachen eines Bereichs an dem Werkstück, der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs mit dem Werkstück umfasst, sowie Ermitteln mindestens einer Kenngröße für die Prozessqualität anhand des überwachten Bereichs. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine, umfassend: ein Bearbeitungswerkzeug zur insbesondere schneidenden Bearbeitung eines Werkstücks, eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander, eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Bereichs an dem Werkstück, der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs mit dem Werkstück umfasst, sowie eine Auswerteeinrichtung, die konfiguriert ist, anhand des überwachten Bereichs mindestens eine Kenngröße für die Prozessqualität zu ermitteln.The present invention relates to a method for determining at least one parameter for the process quality in a machining process, in particular in a laser cutting process, comprising: in particular cutting machining of a workpiece while moving a machining tool, in particular a laser machining head, and the workpiece relative to one another, monitoring an area on the Workpiece, which preferably comprises an interaction area of the machining tool with the workpiece, and determining at least one parameter for the process quality on the basis of the monitored area. The invention also relates to a processing machine comprising: a processing tool for in particular cutting processing of a workpiece, a movement device for moving the processing tool and the workpiece relative to one another, a monitoring device for monitoring an area on the workpiece, which preferably comprises an interaction area of the processing tool with the workpiece , and an evaluation device that is configured to determine at least one parameter for the process quality based on the monitored area.
Eine solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise aus der
Auch aus der
In der
In der
Aus der
In der
Aus der
Aufgabe der ErfindungObject of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Bearbeitungsmaschine bereitzustellen, bei dem mindestens eine Kenngröße eines Bearbeitungsprozesses ermittelt wird, um Störungen an einer für die Bearbeitung verwendeten Bearbeitungsmaschine zu erkennen.The invention is based on the object of providing a method and a processing machine in which at least one parameter of a processing process is determined in order to identify faults in a processing machine used for the processing.
Gegenstand der Erfindung Subject of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte: Ermitteln mindestens einer positionsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße an derselben Bearbeitungsposition und/oder mindestens einer richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße in derselben Bearbeitungsrichtung, insbesondere in derselben Bearbeitungsrichtung an ein- und derselben Bearbeitungsposition. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter dem Begriff Prozessqualität auch die Prozessrobustheit verstanden, d.h. beide Begriffe werden synonym verwendet. Unter einer Kenngröße für die Prozessqualität wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine Kenngröße verstanden, welche die Prozessqualität beeinflusst.This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized by the steps: determining at least one position-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter at the same processing position and / or at least one direction-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter in the same machining direction, in particular in the same machining direction at one and the same machining position. For the purposes of this application, the term process quality also means process robustness, i.e. both terms are used synonymously. In the context of this application, a parameter for the process quality is also understood to mean a parameter that influences the process quality.
Insbesondere flächig bearbeitende Bearbeitungsmaschinen, beispielsweise 2D-Laserschneidmaschinen, können richtungs- und/oder positionsabhängige Störungen aufweisen, die das Prozessergebnis bzw. die Prozessqualität beeinflussen. Derartige Störungen sind typischerweise lediglich von der Bearbeitungsposition bzw. von der Bearbeitungsrichtung abhängig, aber im Wesentlichen unabhängig von der Geometrie der zu schneidenden Kontur, der Art des Bearbeitungsprozesses (z.B. Brennschneiden oder Schmelzschneiden) und den Bearbeitungsparametern. Unter einer Störung wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine Abweichung von einem Referenzzustand verstanden.Surface processing machines in particular, for example 2D laser cutting machines, can have direction and / or position-dependent faults which influence the process result or the process quality. Such disturbances are typically only dependent on the machining position or the machining direction, but essentially independently of the geometry of the contour to be cut, the type of machining process (e.g. flame cutting or fusion cutting) and the machining parameters. In the sense of this application, a fault is also understood to mean a deviation from a reference state.
Beispielsweise können positionsabhängige Störungen an im Arbeitsraum angeordneten (Auflage-)Stegen auftreten und richtungsabhängige Störungen können auf polarisations- und/oder Kaustik-Inhomogenitäten des Laserstrahls, auf Inhomogenitäten des Gasstroms bzw. Gasdrucks eines beim Bearbeiten aus einer Düse austretenden Gasstroms (z.B. aufgrund einer Beschädigung der Düse oder aufgrund eines nicht vollständig symmetrischen Aufbaus des Bearbeitungskopfs, welcher das Gas der Düse zuführt), auf eine Materialanisotropie, etc. zurückzuführen sein. Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens ist es möglich, derartige richtungs- und/oder positionsabhängige Störungen zu erkennen bzw. zu lokalisieren. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, ebenfalls auftretende Abweichungen, die durch nicht positions- oder richtungsabhängige Störungen hervorgerufen werden, durch eine ausreichende Anzahl von Messwerten der Kenngröße zu eliminieren, so dass eine (im Wesentlichen ausschließlich) positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße gebildet wird. Die Anzahl von Messwerten der Kenngröße, die für die Elimination benötigt werden, hängt davon ab, wie signifikant die richtungs- und/oder positionsabhängige Störung ist. Die Anzahl von Messwerten kann von drei Messwerten (in Extremfällen) bis zu mehreren hundert Messwerten reichen, wenn die Positions- und/oder Richtungsabhängigkeit der Störung vergleichsweise gering ausfällt. Beispielsweise kann bei einer durch eine leicht inhomogene Strahlkaustik des Laserstrahls hervorgerufenen richtungsabhängigen Störung eine hohe Anzahl von Messwerten erforderlich sein, während bei einem optischen Signal einer Laserschneidsensorik, die beim Überfahren eines Auflagesteges erfasst wird, eine geringe Anzahl an Messwerten der Kenngröße erforderlich ist, um den Beitrag von nicht positionsabhängigen Störungen zu eliminieren.For example, position-dependent disturbances can occur on (support) webs arranged in the work area and direction-dependent disturbances can be due to polarization and / or caustic inhomogeneities of the laser beam, to inhomogeneities of the gas stream or gas pressure of a gas stream emerging from a nozzle during processing (e.g. due to damage of the nozzle or due to an incompletely symmetrical construction of the machining head which supplies the gas to the nozzle) can be attributed to material anisotropy, etc. With the aid of the method described above, it is possible to identify or localize such direction and / or position-dependent faults. For this purpose, it is necessary to eliminate deviations that also occur, which are caused by disturbances that are not position- or direction-dependent, by a sufficient number of measured values of the parameter, so that a (essentially exclusively) position- or direction-dependent parameter is formed. The number of measured values of the parameter that are required for the elimination depends on how significant the direction and / or position-dependent disturbance is. The number of measured values can range from three measured values (in extreme cases) to several hundred measured values if the position and / or directional dependence of the disturbance is comparatively small. For example, in the case of a direction-dependent disturbance caused by a slightly inhomogeneous beam caustics of the laser beam, a high number of measured values may be required, while in the case of an optical signal from a laser cutting sensor system, which is detected when a support web is passed over, a small number of measured values of the parameter is required in order to obtain the Eliminate contribution from non-positional disturbances.
Unter einer richtungsabhängigen Kenngröße wird im Sinne dieser Anmeldung eine Kenngröße verstanden, die von der Bearbeitungsrichtung abhängig ist und die beispielsweise durch einen Winkel (zwischen 0° und 360°) parametrisiert wird. Die mindestens eine richtungsabhängige Kenngröße kann ggf. unabhängig von der jeweiligen Bearbeitungsposition ermittelt werden, d.h. diese wird nicht nach der Bearbeitungsposition unterschieden, sondern für die Ermittlung der richtungsabhängigen Kenngröße werden Messwerte an Bearbeitungspositionen aus dem gesamten Bearbeitungsfeld verwendet. In der Regel wird die richtungsabhängige Kenngröße jedoch an einer jeweiligen Bearbeitungsposition ermittelt, d.h. die Messwerte, die für die Ermittlung der richtungsabhängigen Kenngröße herangezogen werden, werden alle an derselben Bearbeitungsposition gemessen.In the sense of this application, a direction-dependent parameter is understood to mean a parameter which is dependent on the machining direction and which is parameterized, for example, by an angle (between 0 ° and 360 °). The at least one direction-dependent parameter can possibly be determined independently of the respective processing position, i.e. This is not differentiated according to the machining position, but rather measured values at machining positions from the entire machining field are used to determine the direction-dependent parameter. As a rule, however, the direction-dependent parameter is determined at a respective processing position, i.e. the measured values that are used to determine the direction-dependent parameter are all measured at the same processing position.
Bei einer Variante wird zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten durchgeführt. Im einfachsten Fall kann die positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße den Mittelwert der an der jeweiligen Bearbeitungsposition bzw. in der jeweiligen Bearbeitungsrichtung ermittelten Messwerte bilden. Es versteht sich aber, dass der Mittelwert nicht in jedem Fall ein geeignetes Maß darstellt, um aus der Mehrzahl von Messwerten die positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße zu ermitteln, sondern dass für die Elimination von nicht richtungs- bzw. positionsabhängigen Störungen ein anderes statistisches Maß, beispielsweise der Median, oder komplexere statistische Auswertungen vorgenommen werden können.In one variant, a statistical analysis of the plurality of measured values is carried out to determine the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter for the process quality. In the simplest case, the position-dependent or direction-dependent parameter can form the average of the measured values determined at the respective machining position or in the respective machining direction. However, it goes without saying that the mean value does not always represent a suitable measure for determining the position-dependent or direction-dependent parameter from the plurality of measured values, but that another statistical measure is used to eliminate non-direction-dependent or position-dependent disturbances , for example the median, or more complex statistical evaluations can be carried out.
Bei einer weiteren Variante wird die Kenngröße während eines Bearbeitungsprozesses kontinuierlich, z.B. mittels eines Sensors bzw. einer Überwachungseinrichtung, erfasst und ein momentan ermittelter Messwert der Kenngröße wird einer jeweiligen Bearbeitungsposition und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung zugeordnet. Für die Überwachung der Prozessqualität während der Bearbeitung wird typischerweise mindestens eine Kenngröße für die Prozessqualität kontinuierlich überwacht, beispielsweise um instantan in den Bearbeitungsprozess eingreifen zu können. Die Ermittlung der Kenngröße während des Bearbeitungsprozesses erfolgt entlang einer vorgegebenen Bahnkurve, die bei einem Laserschneidprozess der Schnittkontur entspricht und die der Maschinensteuerung bekannt ist. Die zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelte Kenngröße kann daher einer Bearbeitungsposition und einer (momentanen) Bearbeitungsrichtung zugeordnet werden. Gegebenenfalls kann die momentane Bearbeitungsrichtung sowie ggf. auch die Bearbeitungsposition ebenfalls durch einen Sensor bzw. eine Überwachungseinrichtung erfasst werden, wie dies beispielsweise für die Bearbeitungsrichtung bzw. die laterale Relativbewegung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück in der eingangs zitierten
Bei einer weiteren Variante werden anhand der positionsabhängigen Kenngröße Bearbeitungspositionen ermittelt, die mindestens einen Störpositionsbereich bei der Bearbeitung bilden und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße werden Bearbeitungsrichtungen bestimmt, die mindestens einen Störwinkelbereich bei der Bearbeitung bilden. Durch häufiges Messen an derselben Bearbeitungsposition bzw. in derselben Bearbeitungsrichtung können Vorzugspositionen- und Vorzugswinkel bzw. Störpositionen und Störwinkel identifiziert werden. Die Identifizierung der Störpositionen bzw. der Störwinkel kann ebenfalls mit Hilfe von statistischen Methoden anhand der positionsabhängigen bzw. richtungsabhängigen Kenngröße erfolgen. Im einfachsten Fall werden die Störpositionsbereiche bzw. die Störwinkelbereiche anhand eines Vergleichs der positions- bzw. der richtungsabhängigen Kenngröße mit einem Schwellwert ermittelt; Bearbeitungspositionen bzw. -richtungen, an denen die Kenngröße den Schwellwert über- oder unterschreitet, werden als Störpositionsbereiche bzw. als Störwinkelbereiche identifiziert.In a further variant, machining positions are determined on the basis of the position-dependent parameter, which form at least one fault position range during machining, and / or machining directions are determined on the basis of the direction-dependent parameter, which form at least one fault angle range during machining. By frequently measuring at the same processing position or in the same processing direction, preferred positions and preferred angles or interference positions and interference angles can be identified. The identification of the interference positions or the interference angle can also be carried out using statistical methods on the basis of the position-dependent or direction-dependent parameter. In the simplest case, the interference position ranges or the interference angle ranges are determined on the basis of a comparison of the position-dependent or direction-dependent parameter with a threshold value; Processing positions or directions at which the parameter exceeds or falls below the threshold value are identified as fault position ranges or as fault angle ranges.
Beispielsweise können bei Laserbearbeitungsmaschinen Vorzugs- bzw. Störwinkelbereiche ermittelt werden, deren Ursache beispielsweise im Bearbeitungsstrahl (Polarisation, Kaustik-Inhomogenität, Auftreffwinkel, etc.), in den für die Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und/oder des Werkstücks verwendeten Bewegungseinrichtungen bzw. Antrieben (Quer- und/oder Längsschwingungen) oder z.B. im Material des Werkstücks (Anisotropie, Walzrichtung) liegen.For example, in the case of laser processing machines, preferred or interference angle ranges can be determined, the cause of which is, for example, in the processing beam (polarization, caustic inhomogeneity, angle of incidence, etc.), in the movement devices or drives used for the movement of the processing tool and / or the workpiece (transverse and / or longitudinal vibrations) or e.g. lie in the material of the workpiece (anisotropy, rolling direction).
Entsprechend können Störpositionsbereiche festgestellt werden, die von der Bearbeitungsposition bzw. vom der Position im Arbeitsraum abhängen und die ihre Ursache beispielsweise in der Laserstrahlführung (insbesondere bei einem CO2-Laser), in der mechanischen Aufhängung des Bearbeitungswerkzeugs, beispielsweise in Form eines Laserbearbeitungskopfs, (z.B. ungünstige Momente bei auskragenden Stützen, Zahnradspiel, mechanische Toleranzen, etc.), der mechanischen Lagerung des Werkstücks (Blechs), z.B. einer Paletten-Schwingung, schlechten bzw. zu wenigen Auflagestegen, den Auflagepunkten der Stege (potentielle Fehlstellen beim Überschreiten des Auflagepunktes, Prozessbeeinflussung durch verschlackte Stege) oder den Werkstück- bzw. Blecheigenschaften (Ausdünnung im Randbereich, verschmutzte Bereiche) haben können.Correspondingly, fault position ranges can be determined, which depend on the machining position or on the position in the work area and which are caused, for example, in the laser beam guidance (in particular in the case of a CO 2 laser), in the mechanical suspension of the machining tool, for example in the form of a laser machining head ( e.g. unfavorable moments in the case of cantilevered supports, gear wheel play, mechanical tolerances, etc.), the mechanical mounting of the workpiece (sheet metal), e.g. a pallet vibration, poor or too few support ridges, the support points of the supports (potential defects when the support point is exceeded, Process influence by slagged webs) or the workpiece or sheet properties (thinning in the edge area, dirty areas).
Bei einer Variante werden Bearbeitungspositionen und/oder Bearbeitungsrichtungen bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störpositionsbereich, und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störwinkelbereich, festgelegt. Das Wissen um Bereiche und/oder Richtungen mit besonders guten bzw. mit besonders schlechten Prozesseigenschaften kann dazu genutzt werden, um Störpositionsbereiche bzw. Störwinkelbereiche bei der Bearbeitung zu meiden, was beispielsweise durch eine geeignete Schachtelung bzw. Anordnung der Schnittkonturen der von dem Werkstück freizuschneidenden Werkstückteile, d.h. durch eine geeignete Prozessplanung des Bearbeitungsprozesses realisiert werden kann. Es versteht sich, dass auch eine zielgerichtete Fehlerdiagnose betrieben werden kann, d.h. es kann eine zielgerichtete Prüfung der Ursachen für die Störung(en) an einem jeweiligen Störpositionsbereich bzw. an einem jeweiligen Störwinkelbereich durchgeführt werden. Sowohl die Fehlerdiagnose als auch die Optimierung der Arbeitsplanung, d.h. das Meiden der kritischen Störpositionsbereiche bzw. der Störwinkelbereiche kann vollautomatisch ohne das Zutun eines Bedieners erfolgen.In one variant, machining positions and / or machining directions are determined during the movement of the machining tool and the workpiece relative to one another as a function of the determined position-dependent characteristic variable, in particular the fault position range, and / or on the basis of the direction-dependent characteristic variable, in particular the fault angle range. The knowledge of areas and / or directions with particularly good or particularly bad process properties can be used to avoid interference position ranges or interference angle ranges during machining, for example by suitable nesting or arrangement of the cutting contours of the workpiece parts to be cut free from the workpiece , ie can be realized by a suitable process planning of the machining process. It goes without saying that targeted fault diagnosis can also be carried out, i.e. a targeted check of the causes of the disturbance (s) can be carried out at a respective fault position range or at a respective fault angle range. Both fault diagnosis and optimization of work planning, i.e. the avoidance of the critical interference position ranges or the interference angle ranges can be carried out fully automatically without the intervention of an operator.
Bei einer weiteren Variante wird die Mehrzahl der Messwerte der mindestens einen Kenngröße bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt und/oder die positionsabhängige Kenngröße und/oder die richtungsabhängige Kenngröße wird/werden auf mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen ermittelt. Im ersten Fall werden an einer konkreten Bearbeitungsmaschine positions- bzw. richtungsabhängige Kenngrößen ermittelt, um Fehler zu identifizieren, im zweiten Fall werden an mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen positions- bzw. richtungsabhängige Kenngrößen ermittelt. Durch den Vergleich zwischen den polarisations- bzw. richtungsabhängigen Kenngrößen, die auf mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen ermittelt wurden, kann der Einfluss der individuellen Bearbeitungsmaschine eliminiert werden und es können systematische Schwachstellen der Maschinenkonstruktion eines jeweiligen Typs von Bearbeitungsmaschine erkannt werden.In a further variant, the plurality of measured values of the at least one parameter is determined in several machining processes on the same machine tool and / or the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter is / are determined on several machine tools of identical construction. In the first case, position- or direction-dependent parameters are determined on a specific processing machine in order to identify errors, in the second case, position- or direction-dependent parameters are determined on several identical processing machines. By comparing between The polarization- or direction-dependent parameters that were determined on several identical processing machines can eliminate the influence of the individual processing machine and systematic weaknesses in the machine design of a particular type of processing machine can be identified.
Bei einer Weiterbildung wird die Mehrzahl der Messwerte der mindestens einen Kenngröße bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt und beim Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße wird eine zeitliche Änderung der Messwerte berücksichtigt. Die Messwerte der mindestens einen Kenngröße, die an aufeinander folgenden Bearbeitungsprozessen an ein- und derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt werden, können einer zeitlichen Änderung unterworfen sein. Handelt es sich bei der Kenngröße, für welche die Messwerte ermittelt werden, beispielsweise um eine Fokuslage in Strahlrichtung des Laserstrahls, so kann diese sich beispielsweise durch eine Verschmutzung einer Bearbeitungsoptik zeitlich verändern, da diese zu einer so genannten thermischen Linse führen kann, die eine Veränderung der Fokuslage zur Folge hat. Für den Fall, dass eine statistisch signifikante zeitliche Änderung der Messwerte festgestellt wird, kann diese Änderung bei der Ermittlung der Kenngröße berücksichtigt werden.In a further development, the plurality of measured values of the at least one characteristic variable is determined in several machining processes on the same processing machine, and a change in the measured values over time is taken into account when determining the position-dependent characteristic variable and / or the direction-dependent characteristic variable. The measured values of the at least one parameter, which are determined in successive machining processes on one and the same machine tool, can be subject to a change over time. If the parameter for which the measured values are determined is, for example, a focal position in the beam direction of the laser beam, this can change over time, for example, due to contamination of a processing optics, since this can lead to a so-called thermal lens that changes the focus position. In the event that a statistically significant change in the measured values over time is determined, this change can be taken into account when determining the parameter.
Generell ist es möglich, die zeitliche Änderung der Messwerte dadurch zu berücksichtigen, dass ältere Messwerte bei der Ermittlung der Kenngröße weniger stark gewichtet werden als Messwerte, die bei Bearbeitungsprozessen ermittelt wurden, die noch nicht so lange zurückliegen. Auch können ggf. Messwerte, die bei sehr lange zurückliegenden Bearbeitungsprozessen ermittelt wurden, bei der Ermittlung der Kenngröße nicht mehr berücksichtigt werden. Insbesondere können diese Messwerte ggf. verworfen bzw. gelöscht werden.In general, it is possible to take into account the change in the measured values over time in that older measured values are less weighted when determining the parameter than measured values that were determined during machining processes that were not so long ago. Measured values that were determined in the case of machining processes that were carried out very long ago may also no longer be taken into account when determining the characteristic variable. In particular, these measured values can be discarded or deleted if necessary.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren das Speichern der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße und/oder des Störpositionsbereichs und/oder der ermittelten richtungsabhängigen Kenngröße und/oder des Störrichtungsbereichs in einem Datenspeicher. In dem Datenspeicher, beispielsweise in der Maschinensteuerung, auf einem zentralen Computer oder in der Cloud werden Daten über den/die Störpositionsbereich(e) bzw. den/die Störpositionsrichtung(en) gesammelt. Insbesondere können in dem Datenspeicher die positionsabhängige(n) bzw. winkelabhängige(n) Kenngröße(n) bzw. die Störpositions- bzw. Winkelbereich(e) von mehreren Bearbeitungsmaschinen, die an unterschiedlichen Orten betrieben werden, zusammengeführt werden.In a further variant, the method comprises storing the determined position-dependent parameter and / or the fault position range and / or the determined direction-dependent parameter and / or the fault direction range in a data memory. In the data storage, for example in the machine control, on a central computer or in the cloud, data about the fault position area (s) or the fault position direction (s) are collected. In particular, the position-dependent (n) or angle-dependent (n) parameter (s) or the fault position or angle range (s) of several processing machines that are operated at different locations can be brought together in the data memory.
Bei einer Variante ist die Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Schneidfrontwinkel einer Schneidfront einer Schnittfuge und Öffnungs-Winkel zwischen zwei Schnittflanken der Schnittfuge. Der Schneidfrontwinkel stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität insbesondere beim Brennschneiden dar und kann beispielsweise auf die in der eingangs zitierten
Bei einer weiteren Variante ist die Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Positioniergenauigkeit und Richtungsgenauigkeit beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander. Auch die Positionier- bzw. die Richtungsgenauigkeit hat einen Einfluss auf die Prozessqualität und hängt aufgrund der Aufhängung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. der Lagerung des Werkstücks von der Bearbeitungsposition bzw. von der Bearbeitungsrichtung ab. Die Richtungsgenauigkeit bei der Bearbeitung kann beispielsweise mit Hilfe des in der eingangs zitierten
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art, bei der die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert ist, mindestens eine positionsabhängige Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße an derselben Bearbeitungsposition und/oder mindestens eine richtungsabhängige Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße entlang derselben Bearbeitungsrichtung, insbesondere entlang derselben Bearbeitungsrichtung an ein- und derselben Bearbeitungsposition, zu ermitteln. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, können an der Bearbeitungsmaschine anhand der positions- und/oder richtungsabhängigen Kenngröße positions- und/oder richtungsabhängige Störungen ermittelt werden. Bei der Bearbeitungsmaschine kann es sich insbesondere um eine so genannte 2D-Laserschneidmaschine handeln, bei der das Werkstück typischerweise auf einer Werkstückauflage ruht und das Bearbeitungswerkzeug in Form eines Laserbearbeitungskopfs in lateraler Richtung über das Werkstück bewegt wird.Another aspect of the invention relates to a processing machine of the type mentioned at the outset, in which the evaluation device is configured or programmed, at least one position-dependent parameter for the process quality based on a plurality of measured values of the at least one parameter at the same processing position and / or at least one direction-dependent parameter for to determine the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter along the same machining direction, in particular along the same machining direction at one and the same machining position. As described above in connection with the method, the Processing machine can be determined on the basis of the position and / or direction-dependent characteristic variable, position and / or direction-dependent disturbances. The processing machine can in particular be a so-called 2D laser cutting machine, in which the workpiece typically rests on a workpiece support and the processing tool is moved in the form of a laser processing head in a lateral direction over the workpiece.
Bei einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert, zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten durchzuführen. Wie oben beschrieben wurde, kann eine statistische Analyse bzw. Auswertung der Messwerte dazu verwendet werden, um Einflüsse auf die Prozessqualität zu eliminieren, die nicht von der Bearbeitungsposition und/oder von der Bearbeitungsrichtung abhängig sind.In one embodiment, the evaluation device is configured or programmed to carry out a statistical analysis of the plurality of measured values in order to determine the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter for the process quality. As described above, a statistical analysis or evaluation of the measured values can be used to eliminate influences on the process quality that are not dependent on the processing position and / or on the processing direction.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, die mindestens eine Kenngröße kontinuierlich zu überwachen und die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, einen momentan ermittelten Messwert der Kenngröße einer jeweiligen Bearbeitungsposition und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung zuzuordnen. Die Auswerteeinrichtung kann in dem Bearbeitungswerkzeug vorgesehen sein, aber auch einen Teil einer Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsmaschine bilden.In a further embodiment, the monitoring device is designed to continuously monitor the at least one parameter and the evaluation device is designed to assign a currently determined measured value to the parameter to a respective machining position and / or a respective machining direction. The evaluation device can be provided in the processing tool, but can also form part of a control device of the processing machine.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert, anhand der positionsabhängigen Kenngröße Bearbeitungspositionen zu ermitteln, die mindestens einen Störpositionsbereich bei der Bearbeitung bilden und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße Bearbeitungsrichtungen zu ermitteln, die mindestens einen Störwinkelbereich bei der Bearbeitung bilden. Hinsichtlich dieser Ausführungsform sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren verwiesen.In a further embodiment, the evaluation device is configured or programmed to use the position-dependent parameter to determine machining positions that form at least one fault position range during machining and / or to use the direction-dependent parameter to determine machining directions that form at least one fault angle range during machining. With regard to this embodiment, reference is made to the above statements in connection with the method.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsmaschine eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander, die bevorzugt konfiguriert ist, Bearbeitungspositionen und/oder Bearbeitungsrichtungen bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störpositionsbereich, und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störwinkelbereich, festzulegen. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die Störpositionsbereiche bzw. die Störwinkelbereiche bei der Arbeitsplanung bzw. beim Blechbelegungsplan berücksichtigt werden, um diese bei dem Bearbeitungsprozess möglichst zu vermeiden.In a further embodiment, the processing machine comprises a control device for controlling the movement of the processing tool and the workpiece relative to one another, which is preferably configured, processing positions and / or processing directions for the movement of the processing tool and the workpiece relative to one another as a function of the determined position-dependent characteristic variable, in particular of the interference position range, and / or on the basis of the direction-dependent parameter, in particular of the interference angle range. As was described further above, the fault position ranges or the fault angle ranges can be taken into account in the work planning or in the sheet metal layout plan, in order to avoid these as far as possible during the machining process.
Bei einer Ausführungsform sind die Überwachungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung konfiguriert, anhand des überwachten Bereichs als Kenngröße für die Prozessqualität einen Schneidfrontwinkel einer Schneidfront einer Schnittfuge, einen Öffnungs-Winkel zwischen zwei Schnittflanken der Schnittfuge, eine Positioniergenauigkeit und/oder eine Richtungsgenauigkeit beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander zu ermitteln. Bei der Kenngröße, welche die Positioniergenauigkeit und/oder Richtungsgenauigkeit bei der Relativbewegung beschreibt, kann es sich beispielsweise um eine Abweichung der Ist-Bewegung von der Soll-Bewegung handeln, die beispielsweise auf eine ungleichmäßige Bewegung (Rattern) der Antriebe zurückzuführen ist. Weitere Kenngrößen, die ermittelt werden können, sind die Schnittspaltbreite bzw. die Abweichung der Schnittspaltbreite von einer Soll-Schnittspaltbreite, die Strahllage einer Bearbeitungsdüse, die Abweichung des Abstands zwischen der (Bearbeitungs- )Düse und dem Werkstück von einem Sollwert, die Abweichung des Druck- bzw. Gas-Durchflusses durch die Düse von einem Sollwert, der elektrische Widerstand zwischen der Düse und dem Werkstück, sowie die mittels eines Sensors koaxial gemessene Strahlungsintensität in dezidierten bzw. vorgegebenen Wellenlängenbändern, z.B. mittels einer Fotodiode bei der Einstechsensorik. Die Ermittlung dieser Kenngrößen kann insbesondere auf die weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise erfolgen.In one embodiment, the monitoring device and the evaluation device are configured, based on the monitored area as a parameter for the process quality, a cutting front angle of a cutting front of a kerf, an opening angle between two cutting edges of the kerf, a positioning accuracy and / or a directional accuracy when moving the processing tool and the like Determine workpiece relative to each other. The parameter which describes the positioning accuracy and / or directional accuracy in the case of the relative movement can be, for example, a deviation of the actual movement from the target movement, which can be attributed, for example, to an uneven movement (rattling) of the drives. Further parameters that can be determined are the cutting gap width or the deviation of the cutting gap width from a target cutting gap width, the jet position of a processing nozzle, the deviation of the distance between the (processing) nozzle and the workpiece from a target value, the deviation of the pressure - or gas flow through the nozzle from a desired value, the electrical resistance between the nozzle and the workpiece, and the radiation intensity measured coaxially by means of a sensor in dedicated or predetermined wavelength bands, for example by means of a photodiode in the penetration sensor system. These parameters can be determined in particular in the manner described above in connection with the method.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, the features mentioned above and those listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bearbeitungsmaschine in Form einer Laserbearbeitungsmaschine zum schneidenden Bearbeiten eines Werkstücks, -
2a,b eine Darstellung eines Laserbearbeitungskopfs derLaserbearbeitungsmaschine von 1 , der eine Überwachungseinrichtung aufweist, sowie einer Blende der Überwachungseinrichtung, und -
3 eine dreidimensionale Darstellung eines Details einer bei dem Laserschneidprozess an einem Werkstück gebildeten Schnittfuge.
-
1 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a processing machine in the form of a laser processing machine for cutting processing a workpiece, -
2a, b a representation of a laser processing head of the laser processing machine of1 , which has a monitoring device, and an aperture of the monitoring device, and -
3rd a three-dimensional representation of a detail of a kerf formed on the workpiece in the laser cutting process.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. In the following description of the drawings, identical reference numerals are used for identical or functionally identical components.
Zum Laserschneiden des Werkstücks
Sowohl das Einstechen als auch das Laserschneiden können durch Hinzufügen eines Gases unterstützt werden. Als Schneidgase
Die Laserbearbeitungsmaschine
Wie in
In
Alternativ zu den teildurchlässigen Umlenkspiegeln
Als Beleuchtungsquelle
Teil der Überwachungseinrichtung
Zur Erzeugung von Bildern eines in
Durch die Anordnung der Blende
Wie in
An Stelle einer mechanisch verstellbaren Blende
Mit Hilfe einer mit der Überwachungseinrichtung
Wie in
Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung
Es versteht sich, dass mit Hilfe der Überwachungseinrichtung
Eine in
Nachfolgend wird beispielhaft für den Schneidfrontwinkel
Um den Einfluss des jeweiligen Bearbeitungsprozesses bzw. der jeweiligen Bearbeitungsparameter auf den positionsabhängigen Schneidfrontwinkel
Anhand des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels
Bei der Bahnplanung in der Steuerungseinrichtung
Die Ermittlung der Störpositionsbereiche
Analog zur weiter oben beschriebenen Ermittlung des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels
Analog zur weiter oben beschriebenen Ermittlung der Störpositionsbereiche
Wie weiter oben beschrieben wurde, kann der Schneidfrontwinkel
Beim Laserschneiden über einen Steg der Werkstückauflage
Beim Laserschneiden mit einem Laserstrahl
Mit zunehmender Betriebsdauer der Laserbearbeitungsmaschine
Es versteht sich, dass das weiter oben beschriebene Verfahren auf analoge Weise auch mit anderen Kenngrößen für die Prozessqualität als dem Schneidfrontwinkel
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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